挑戰變形金剛？胚胎染色質也玩「變形」！

「我們從哪裡來，要到哪裡去？」

這是一個非常深奧的問題，科學家們一直在關注並做了大量的工作。近幾年來，胚胎早期發育成為了研究熱點。科學家們試圖從科學角度，合理地去解析生命發育的過程。

最近，北京基因組研究所劉江研究組和上海科技大學黃行許研究組在cell（《細胞》）雜誌上發表了重要研究成果，為我們上演了一場哺乳動物早期胚胎細胞中「變形金剛」的巨型演出：

想必你一定疑惑「變形金剛」是何方神聖吧！小編所指的這個「變形金剛」其實是細胞內赫赫有名的染色質。它是細胞內遺傳物質的主要載體，是指細胞分裂間期細胞核內由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性複合結構，是間期細胞遺傳物質存在的形式。在小鼠的細胞中，近兩米長的DNA分子需要摺疊到一個近10微米的細胞核內，而且從上世紀50、60年代開始到現在，通過顯微觀察等手段，越來越多的證據表明摺疊不是隨機的，是具有規律性的。染色質就像是一種承載著遺傳物質的「小轎車」，而這輛小轎車在早期胚胎髮育過程中可是會有規律地「變形」的，即「染色質重塑」。它也是表觀遺傳學的一部分，在許多生物學過程中扮演著重要角色，比如基因的轉錄調控、DNA複製、基因組穩定性等。

在這項研究當中，科學家們使用可以看到染色體3D結構的Hi-C技術，發現染色質的這種「變形」行為（3D高級結構的產生）是在受精之後隨著受精卵的發育，從2-細胞期之後逐漸產生的，這種行為與2-細胞期的DNA的複製相關。科學家們還發現，甲基化的動態變化也與染色質3D構象變化有關。

那麼，在胚胎早期發育過程中，染色質為什麼這麼活潑呢？

在生命的伊始，成熟的精子和卵子的細胞核都處於高度壓縮狀態，它們抱團在一起。所以，在精卵結合後，這些抱著團的染色體如何舒展開來，「小轎車」如何變身「敞篷車」，成為了一個非常重要的科學問題。

說起變身，絕對少不了TAD結構。TAD（Dixon et.al, 2012）結構是染色體空間構象存在一個重要的基本結構單元，是「變形金剛」的一種重要元件。在本項研究中發現，這種重要的結構在早期胚胎髮育的形成是依賴於DNA複製的。從受精到2細胞時期，染色質還是比較穩重的，沒有要變形的慾望，也沒啥空間構象，直到2細胞後期這種空間構象才逐步建立起來。另外，甲基化這種常見的表觀修飾也會對其構象造成一定的影響，想像一下變形金剛的零件多了個「螺絲帽」，當然會直接影響變形後的形狀啦~

早期胚胎髮育過程，圖片來源於網路

這項基於3D基因組技術的研究讓我們更真實地感受到了胚胎髮育的神奇過程，它不僅提供了哺乳動物胚胎髮育過程中高解析度的3D圖譜，而且解析了胚胎髮育早期染色體高級結構的變化特徵，為3D基因組和精卵發育研究打開了一扇新的大門。

哺乳動物染色體3D結構從配子到胚胎髮育過程中的全基因組重編程變化

其實，人體內部染色質的構造遠遠要比變形金剛複雜得多，不是一句簡簡單單的「汽車人，變形」就可以囊括的。要回答「我們從哪裡來」這麼複雜而深奧的問題，這僅僅是一小步，正所謂，不積跬步無以至千里嘛！不過，這項研究為人類從染色體高級結構方面深度解析遺傳物質邁出了重要的一步。

同學們，不要再吵著媽媽給你買機器人啦，快去跟科學家學習一下觀察我們身體內部的變形金剛吧！

作者：陳雪鵬 韓瀟

來源：中國科學院北京基因組研究所